基于GeTe合金熱電性能改性研究.pdf

1、熱電材料在全球能源可持續(xù)發(fā)展解決方案領(lǐng)域?qū)τ诎l(fā)電和制冷具有很好的吸引力,改善材料的熱電性能要求研究者對(duì)如何獲得材料的最佳性能參數(shù)有清楚的認(rèn)識(shí)。GeTe合金作為一種p型窄禁帶半導(dǎo)體顯示出優(yōu)良的電學(xué)性能,其電導(dǎo)率主要取決于GeTe晶格中Ge位提供的兩個(gè)空穴載流子,這些載流子不僅使得GeTe合金具有良好的電導(dǎo)率,同樣,Ge位空格也會(huì)降低其合金晶格熱導(dǎo)率,這使得G e Te合金可以通過(guò)摻雜改善其熱電性能的一種潛在熱電材料。
　　本研究通過(guò)

2、化學(xué)計(jì)量數(shù)稱取并真空密封于石英玻璃管中,加熱到1237K進(jìn)行高溫熔煉然后液氮淬火,將鑄態(tài)合金研磨成粉進(jìn)行球磨,得到細(xì)小粉末。測(cè)試樣品采用放電等離子熱壓燒結(jié)方法制得,燒結(jié)溫度823K,燒結(jié)時(shí)間5分鐘,軸向壓力為48MPa,脈沖峰值電流為675A。所獲得的樣品具有良好的機(jī)械性能,其密度可以達(dá)到6.2g/cm3。在GeTe合金中引入Ag元素可以析出Ag8GeTe6,形成(GeTe)1-x(Ag8GeTe6)x贗二元合金,其中x=0.02,0.

3、05,0.08和0.11,其樣品通過(guò)熔煉、球磨、放電等離子熱壓燒結(jié)方法制得。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示Ag8GeTe6的析出增加了GeTe合金在低溫部分的電阻率,降低了其在高溫條件下的電阻率,穩(wěn)定了G e Te合金電阻率對(duì)溫度的依賴性,Ag8GeTe6的析出還略微降低了Seebeck系數(shù),但明顯降低了其熱導(dǎo)率,因而熱電性能得到很大的改善,(GeTe)0.89(Ag8GeTe6)0.11的熱電優(yōu)值系數(shù)達(dá)到最大值,在673K時(shí),ZT值為1.15。AgxB

4、ixGe1-xTe1+x合金是在GeTe中引入等量的Ag和Bi,這樣一方面可以在 GeTe上析出 AgBiTe2相,另一方面,雜質(zhì)原子會(huì)進(jìn)入到 GeTe中取代 Ge原子,造成晶格畸變,引起晶格常數(shù)的變化,這都會(huì)導(dǎo)致材料熱導(dǎo)率的降低,更為重要的是,晶格常數(shù)的變化很大程度上提高了材料的 Seebeck系數(shù),因而從本質(zhì)上改善了材料的熱電性能,其最大的 Seebeck系數(shù)可以達(dá)到2.00×10-4 V/K,最大優(yōu)質(zhì)系數(shù)在摻雜量為10％時(shí)達(dá)到了1